Validation des modèles FE par vibrométrie à balayage

SMART Lab utilise la géométrie de la structure importée comme référence spatiale pour la mesure. Un contour délimitant la zone de mesure est créé sur sa surface, puis des points de mesure y sont répartis uniformément. Cette approche convient aussi bien aux surfaces planes qu’aux surfaces courbes complexes.

Un dispositif de mesure numérique en deux étapes

La géométrie du modèle est d’abord alignée sur l’image de la caméra 4K intégrée. Une procédure assistée par des algorithmes met en correspondance les repères d’étalonnage dans l’image de la caméra et dans le modèle 3D. L’étalonnage automatique du laser détermine ensuite, à partir de ces points de référence, la position et l’orientation exactes de l’objet testé par rapport au faisceau laser.

On obtient ainsi un jumeau numérique du dispositif de mesure, qui réunit l’objet testé réel, la géométrie du modèle, l’image de la caméra et la position du laser dans un même référentiel spatial. Cela réduit le travail manuel de mise en correspondance entre mesure et simulation, ainsi que le recours à des interpolations supplémentaires.

De la planification du balayage à l’export des données

Pour chacun des 208 points de mesure, une fonction de réponse en fréquence (FRF) est calculée à partir de la vitesse vibratoire et de la force appliquée. L’amplitude moyennée sur l’ensemble des points révèle la réponse dynamique dans la plage de fréquences étudiée. Les lignes noires du graphique indiquent les fréquences propres identifiées ultérieurement par l’analyse modale.

Les quatre représentations présentent une sélection de déformées opérationnelles directement sur la géométrie du modèle. À mesure que la fréquence augmente, les déformations deviennent plus complexes dans l’espace. Le maillage dense des points de mesure permet de visualiser ces différences.

Le modèle de calcul comprend la plaque et son support. La liaison entre les deux reproduit les conditions d’encastrement de l’essai. L’influence du support est ainsi prise en compte dans l’analyse modale numérique ; la plaque n’est pas considérée isolément. Simcenter 3D calcule les fréquences propres et les déformées modales.

La matrice MAC compare les déformées modales dans l’espace

Des fréquences propres similaires ne suffisent pas à déterminer si les mesures et la simulation décrivent la même déformation. Le Modal Assurance Criterion (MAC) évalue donc la concordance entre les déformées modales expérimentales et numériques et aide à identifier les paires de modes correspondantes.

Des valeurs MAC élevées pour les paires mises en correspondance indiquent des déformées modales similaires. De faibles valeurs entre des modes non correspondants permettent de mieux les distinguer. La comparaison directe des images montre également que le modèle reproduit les principales caractéristiques de déformation des modes expérimentaux sélectionnés.

Les fonctions de réponse en fréquence mesurées, la géométrie associée et les modes identifiés constituent une base pour le Model Updating, c’est-à-dire le recalage ciblé du modèle de calcul à partir des résultats expérimentaux. L’intérêt réside dans l’utilisation d’un référentiel spatial commun pour la planification du balayage, l’étalonnage, la mesure et la comparaison des modes.

À long terme, cette approche vise à faciliter les études sur le flottement aéroélastique et le couplage des modes. Lors des essais dits en soufflerie sèche, les effets aérodynamiques sont reproduits sans écoulement d’air réel, par exemple au moyen de forces d’actionneurs, de charges équivalentes ou en combinant les réponses en fréquence mesurées de la structure avec des modèles aérodynamiques calculés. L’objectif est de réduire les moyens nécessaires aux essais, les coûts et les risques de développement. Cela exige des données fiables sur la structure. La présente étude constitue une étape préparatoire dans cette perspective.

Toutes les fonctions de réponse en fréquence mesurées ne devront pas nécessairement être intégrées par la suite à un modèle aéroélastique réduit. Les données à forte densité spatiale peuvent aider à sélectionner les coordonnées de mesure appropriées, à réduire les incertitudes d’interpolation et à vérifier si la représentation réduite restitue les déformations et les couplages modaux pertinents.

Ce rapport d’application s’appuie sur l’article « Experimental validation of FE models using FE-model-based scanning laser Doppler vibrometry » de Tom Burmeister, Davide Mastrodicasa et d’autres auteurs d’Optomet et de Siemens Digital Industries Software. Les résultats de l’article ont été présentés sous forme de poster scientifique à l’ISMA 2026, du 7 au 9 septembre. Le texte original en anglais détaille davantage la méthodologie et les références scientifiques.

Le document à télécharger contient la version finale de l’article de 14 pages acceptée pour l’ISMA 2026, comprenant l’ensemble des figures, des tableaux de résultats et de la bibliographie.